关于边界层湍流能量耗散率的研究

应用PIV系统对湍流边界层内的耗散率标度律进行了实验研究,结果显示,对不同尺度上和3个不同法向位置湍滴耗散率标度律的湍流耗散主要发生在小尺度上,即湍流耗散率标度律在小尺度上具有普适性.并且随着尺度的不同,近壁面小尺度上的湍流耗散比较明显,远壁面上的湍流耗散率较小.     

大洋细结构的一种可能的机制：Ⅲ.对混合过程动能耗散的估计

继第Ⅱ部分之后研究了惯性内波和近性内波由ｆ的作用所致的剪切不稳定引起的破碎机制。物理上,该机制很象存在由风应力所致薄表面涡旋漂流层时表面波的破碎与饱和过程。惯性内近性内波的破碎产物与小尺度湍流一起混合块,它与Ｇｒｅｇｇ等人（１９８６）的持久混合观测结果表明,在剪切不稳定中 内波在湍动散中起了关键作用,而惯性内波引起非常弱的湍动耗散。使用内波能量谱的标准总能量密谋估计出的近惯性内波相产的湍动耗散。使     

一个湍能封闭模型对风暴潮海底底应力的应用研究

将一个三维湍能封闭模型应用于开阔海区的风暴潮，通过数值计算探讨了Ｔａｙｌｏｒ底摩擦二次率的拖曳系数随空间的分布及拖曳系数与水深，海底粗糙度，风向和风速等因素的关系。本文对底摩擦二次率的可靠性做了评价。     

磨刀门水道枯季底边界层的泥沙交换过程

河口底边界层细颗粒泥沙运动往往受边界层内多种尺度的动力过程影响而变得十分复杂。由此,基于座底支架上的ADV与OBS,于2010年枯季在珠江磨刀门水道分别进行大、中、小潮的底边界层观测,对磨刀门水道底边界层湍流动力特征与小尺度泥沙交换过程进行研究。结果表明:悬沙有效沉速、床面切应力与底床侵蚀率的变化范围随着潮差的增大而增大;底床侵蚀率与平均流速变化规律相似,当流速小于0.3 m/s时,侵蚀率基本保持在0.002 kg/m2左右,流速超过此临界值时,床面泥沙发生再悬浮。悬沙和床沙交换过程随着潮差增大而增强,且落潮时段强于涨潮时段。     

折板型竖井湍流耗散及消能机理分析

为了研究泄流过程中折板型竖井的湍流耗散特性及消能机理,对9种不同体型的竖井开展水力模型试验与数值模拟,分析不同流量下竖井内湍动能、湍动能耗散率和水动力荷载分布规律,建立折板消能计算模型,探究竖井消能机理.结果表明:折板间距过密或过疏均不利于竖井的泄流和消能,在设计流量下竖井内的流态为自由跌水流时,对应的最小折板间距为最优结构设计;10°折板倾角可提升竖井的消能效果,并减小折板上水动力荷载;建立的折板消能计算模型可较为准确地计算自由跌水流态下的消能率;竖井消能方式分为入口消能、折板消能和井底消能,不同流量下各种消能方式的能耗占比不同,小流量时以折板消能为主,随着流量的增加,入口消能和井底消能的能耗占比随之增大.     

可压缩尖锥边界层湍流的直接数值模拟

采用高精度差分方法对来流马赫数0．7,来流Reynolds数250000／Inch,锥角为20°的尖锥边界层的整个空间转捩过程进行了直接数值模拟．对流项采用了7阶迎风格式离散,黏性项采用6阶中心格式离散,时间推进为3阶Runge—Kutta方法．对转捩形成的充分发展湍流进行了统计分析,包括平均速度分布,近壁湍流强度和雷诺应力等统计数据与平板边界层理论及实验吻合很好,验证了结果的正确性．显示了近壁湍流的典型拟序结构——高、低速条带结构并根据流向速度的周向相关量确定了条带的间距,以当地壁面尺度度量的条带间距沿流向并没有显著变化．给出了柱坐标下的可压湍动能发展方程,并据此对近壁湍动能的生成、耗散和输运机制进行了分析．     

关于一类带耗散发展方程收敛率估计的注记

带耗散的发展方程是一类在物理、机械领域有重要应用的方程,对于此类方程常采用先验估计以及能量积分方法证明方程解的存在性以及收敛性质。给出带耗散发方程在收敛率估计中常用的收敛定理,并给出具体证明过程,最后通过实例验证该方法的有效性。     

青藏高原当雄地区湍流脉动耗散率特征研究

利用1998年第2次青藏高原气象科学实验（TIPEX）当雄地区观测站的湍流资料,分析了青藏高原中部地区湍流动能、温度脉动和湿度脉动耗散率的特征规律。结果表明,无量纲湍能耗散率φ_ε、无量纲温度脉动耗散率φ_N和无量纲湿度脉动耗散率φ_γ分别比风速梯度产生的能量、温度和湿度梯度产生的脉动约小20%,且随稳定度参数的绝对值的增加而呈增加的趋势;湍流输送和压力脉动项的影响贯穿于整个稳定度区间, 数值与z/L相联系。青藏高原中部地区湍流动能、温度脉动和湿度脉动耗散率的方程中系数与前人结果的差异,反映其对下垫面特征的依赖性。     

圆管内湍流流动能量耗散率近似算法的可靠性分析

为了检验能量耗散率近似算法的可靠性。将按近似算法计算得到的管内湍流体均能量耗散率与按热力学方法导出的解析式并采用公认的摩擦因子公式计算的体均能量耗散率进行了对比。结果表明,若选择适当的湍流时均速度梯度模型。用近似算法计算的体均能量耗散率与用解析式计算的值接近。说明该近似算法的准确性可以满足工程计算的需要,湍流剪切率的计算误差小于能量耗散率的计算误差,对于牛顿流体在圆管内的湍流流动,使用三段速度分布模型计算的体均能量耗散率比采用窦国仁式速度梯度分布模型计算的误差小,参照牛顿流体能量耗散率的计算方法,提出了幂律流体管内湍流能量耗散率的近似算法。对于幂律流体,以管壁处表观粘度代替牛顿流体粘度,并采用牛顿流体时均速度梯度模型。按近似方法计算得到的体均能量耗散率与按解析式计算的结果吻合。     

非结构网格上动能守恒的低耗散数值方法

非结构网格下的大涡模拟方法是解决叶轮机械内部复杂几何流道中强剪切湍流问题的有效途径,而降低算法的数值耗散是提高模拟精度和可靠性的关键之一。该文基于动能守恒特性推导了非结构网格下的低耗散数值方法,使其在维持格式稳定的前提下达到数值耗散最小,并在此基础上发展了与其相适应的无反射边界条件。进一步选取了5个具有代表性的基础算例进行模拟,结果表明:该文方法较传统迎风格式具有低耗散的特性且计算量减少了近75%。     

圆管内湍流流动能量耗散率近似算法的可靠性分析

为了检验能量耗散率近似算法的可靠性 ,将按近似算法计算得到的管内湍流体均能量耗散率与按热力学方法导出的解析式并采用公认的摩擦因子公式计算的体均能量耗散率进行了对比。结果表明 ,若选择适当的湍流时均速度梯度模型 ,用近似算法计算的体均能量耗散率与用解析式计算的值接近 ,说明该近似算法的准确性可以满足工程计算的需要。湍流剪切率的计算误差小于能量耗散率的计算误差。对于牛顿流体在圆管内的湍流流动 ,使用三段速度分布模型计算的体均能量耗散率比采用窦国仁式速度梯度分布模型计算的误差小。参照牛顿流体能量耗散率的计算方法 ,提出了幂律流体管内湍流能量耗散率的近似算法。对于幂律流体 ,以管壁处表观粘度代替牛顿流体粘度 ,并采用牛顿流体时均速度梯度模型 ,按近似方法计算得到的体均能量耗散率与按解析式计算的结果吻合     

栅条絮凝池栅条间距对絮凝水力条件的影响研究

以工程实体中的栅条絮凝池为研究对象,结合现有的絮凝动力学理论,建立数学模型,利用计算流体力学数值模拟软件对栅条絮凝池中的流场进行数值模拟计算。模拟以栅条间距为絮凝水力条件的影响因素,选择湍动能 k、湍动能耗散率ε、涡旋速度梯度 G0为评价指标,分析研究栅条絮凝池的最佳水力条件。     

森林冠层上湍流尺度、耗散率和湍流结构参数

利用新型三维超声风速/温度仪,在中国东北长白山原始森林冠层以上观测的湍流资料,计算并分析了森林冠层上的湍涡特征长度尺度、湍流动量和热量耗散率、湍流动量和热量结构参数的特征.结果表明:湍流动量湍涡特征长度尺度与稳定度参数Z/L成正相关;湍流热量特征长度尺度与稳定度参数Z/L在不稳定层结时,成正相关,在稳定层结时近似成负相关;在不稳定和稳定层结大气中,利用湍流谱方法和利用风速垂直分量方差、温度脉动方差和Richardson数计算的湍流动量、热量耗散率和湍流动量、热量结构参数有较好的一致性;无量纲湍流结构参数C2vz2/3σ- 2w和C2Tz2/3σ-2T是Richardson数的函数;湍流热力结构参数 C2T与感热通量 w′T′具有较好的线性关系.     

河口底边界层湍流信号的噪声干扰实验

基于河口底边界层实测湍流资料,选取了高斯白噪声、线性趋势项和周期项3种不同类型的噪声,讨论了各种噪声对湍流信号的影响。结果表明:①3种类型的噪声对湍流信号的概率分布影响不大,但对能谱曲线有较显著的影响。其中,白噪声对能谱值的影响最大,趋势项对能谱值的影响不明显,周期项仅对特定频率的能谱值有影响。②对于湍流强度、脉动能量和湍动能耗散率这3个湍流特征参数,白噪声和周期项对3种参数均有影响,而趋势项仅对湍强和脉动能量有影响。当湍流信号叠加上3种类型的噪声后,会使湍流特征参数有增大的趋势。     

明渠渠底糙率突变对紊流边界层影响的试验研究

利用激光测速仪,对壁面糙率突变时的明渠紊流进行了试验研究,测量了糙率突变不同水深情况下明渠紊流的纵向时均流速和脉动流速。通过实测资料分析水深和糙率改变后内边界层发展变化规律、粗糙度和水深对内边界层的厚度的影响以及糙率突变后从一种均匀流到形成新的充分发展的紊流所需要的纵向长度。     

Thorpe分析法、垂直上升速度扰动法计算湍流参数的比较

 基于1998 年中国南海季风实验期间(5 月5-25 日,6 月5-25 日)科学#1 号考察船上的高分辨率气球探空数据,分别采用Thorpe 分析方法和利用气球垂直上升速度的扰动计算湍流参数的方法,计算对流层和低平流层湍动能耗散率ε和湍流扩散系数K。Thorpe 分析法是从温度的角度考虑,根据Thorpe 尺度L_T与湍流参数之间的关系计算湍流参数,而利用垂直上升速度的扰动计算湍流参数的方法是从速度的角度考虑,利用垂直上升速度的扰动σ_W与湍动能耗散率ε之间的关系计算湍流参数。通过对两种方法及其计算结果进行比较发现:在垂直结构方面,不论是月平均结果还是日平均结果,两种方法计算出的ε和湍流扩散系数K 均是在10 km 以上而在对流层顶以下较大,在对流层顶以上较小;两种方法计算出的K 的峰值高度均在15 km 左右;在数值范围方面,ε的取值均在10-6 ~10-2 m²·s^-3,K 的取值均在0~10 m²·s^-1,但是采用垂直上升速度的扰动计算湍流参数的方法求得的湍流参数小于Thorpe 分析方法得到的湍流参数;峰值高度方面,采用Thorpe 分析方法所得ε的峰值高度在15 km 左右,而采用垂直上升速度扰动方法所得ε的峰值高度在17 km 左右。     

底锚支护技术在深井高应力围岩巷道中的应用与实践

随着矿井开采深度的不断加大,井下巷道的矿压显现日趋明显,已经制约矿井安全生产。针对东海煤矿五采区32#层左十三路开采垂直深度已达1150米的采煤工作面,在左十二上回风巷超前应力区和上区段采空区残余应力释放区相叠加范围内,巷道表现出顶板破碎、两帮移近量大、底鼓严重现象。对巷道受动压影响下的巷道底鼓机理,巷道顶底板岩性分析,回风副巷与变电硐室采取底板锚固支护方式控制巷道底鼓,通过现场实践应用,取得了较好的效果。     

高应力硬岩开挖扰动的能量耗散规律

基于离散元PFC 2D软件建立的深部岩体模型,根据巷道围岩的可释放应变能、岩石耗散能以及岩石颗粒总动能的能量,描述深部硬岩的能量耗散和释放规律,揭示深部能量演化机制。研究结果表明:所建立岩体离散元模型及微观参数能有效反映深部开挖应变能释放规律;当侧压系数λ=2.1时,高地应力作用下巷道围岩的破裂形式以集中于巷道顶底板位置的拉伸破裂为主,破裂区域随采深增加而增加,破裂面积以圆形断面最小;开挖卸载后的能量演化是一个动态调整的过程,巷道附近围岩的应变能积累较动能释放有约2.5 ms的滞后;开挖后岩体后续应变能的积累量远大于巷道围岩总释放动能与总耗散能之和,约为两者之和的10倍,这也是开挖扰动容易引起围岩破裂的重要原因之一;岩体的总耗散能主要用于岩体颗粒间裂纹的萌生、扩展及贯通,裂纹总数和岩体总耗散能表现出极好的线性相关关系。     

煤矿开采集中应力和构造应力对巷道底鼓的影响

本论文采用边界元——有限元耦合应力分析方法,对美国King No.4煤矿中第四采区巷道底鼓与采空区和水平地质构造应力之间的关系进行了探讨。基于计算结果,本文发现较大的采空区范围以及较大的水平地质构造应力是导致该区域巷道底鼓的重要原因等结论。